JPH0595513A

JPH0595513A - 二次元固体撮像装置

Info

Publication number: JPH0595513A
Application number: JP3280322A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Matsumoto; 一哉松本
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-10-02
Filing date: 1991-10-02
Publication date: 1993-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】ディレイ回路を必要とせず且つイメージセン
サーと同一チップ上に構成できるウィンドゥ処理可能な
二次元固体撮像装置を提供する。【構成】マトリックス状に配列したＣＭＤからなる画
素セル部100 の縦の画素列毎に、画素セルを交互に接続
した２本ずつの垂直読み出しライン116 〜121 を設け、
各垂直読み出しラインの信号は第１及び第２の信号選択
回路400 ，1400を介して画像処理部500 に与えられるよ
うにし、第１及び第２の信号選択回路400，1400で垂直
及び水平方向に連続する複数の画素セルを同時に読み出
し、画像処理部500 でウィンドゥ処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、簡単な構成でウィン
ドゥ処理を行なえる二次元固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、二次元固体撮像装置において撮
像された画像は電気信号に変換され、一次元的にスキャ
ンされることにより外部装置に与えられ、画像処理等の
信号変換が施されることが多い。例えば入力された画像
信号のノイズ除去あるいは画像強調等を行う際には、二
次元的な局所領域（ウィンドゥ）でのコンボルーション
演算が行われている。

【０００３】今、固体撮像装置でＭ×Ｎ画素からなる画
像が撮像されたとして、その画像に３×３のコンボルー
ション演算を施す場合には、Ｍ×Ｎの画像の濃度値ｘｉ
ｊに対して、次のような処理を施し、出力ｙｉｊを得る
ようにしている。ｙｉｊ＝Σｗｐｑｘｉ＋ｐ−２，ｊ＋ｑ−２・・・・・・（１）ｐ，ｑ＝１，２，３ｉ＝１，２，・・・，Ｍｊ＝１，２，・・・，Ｎ

【０００４】ここで、ｗｐｑは荷重係数であり、例えば
ノイズ除去の場合には図９のような値を、画像強調の場
合には図10のような値がとられる。また、この荷重係数
は一般的に中心に関して円対称であることが多い。

【０００５】一方、こうしたウィンドゥ処理を施す従来
の方法が、特開昭６２−１６６８５号公報に開示されて
おり、この公報開示の二次元固体撮像装置は、電荷変調
素子（ＣＭＤ）イメージセンサー等の非破壊読み出し機
能を有するセンサーを活用したものであり、次にその従
来例の説明を行う。図11は、従来のウィンドゥ処理を行
う二次元固体撮像装置を示す回路構成図である。この二
次元固体撮像装置は、ＣＭＤ等非破壊読み出し可能な画
素セルをマトリックス状に配置した画素セル部100 、画
素セル部100 の垂直方向の読み出しを制御する垂直走査
回路300 、水平方向で読み出された信号を選択する信号
選択回路400 、この信号選択回路400 を制御する水平走
査回路200 、信号選択回路400 によって選択された信号
に演算を施す画像処理部500 からなる。

【０００６】画素セル部100 は、例えばＣＭＤよりなる
Ａ₁₁〜Ａ_MNまでのＭ×Ｎ個の画素セル101 〜115 を有す
る。各ＣＭＤのソースは垂直読み出しライン116 〜121
に接続され、ＣＭＤのゲートには垂直走査回路300 から
制御信号が加えられる。

【０００７】図11において、縦の画素列毎に２本ずつ設
けられた垂直読み出しライン116 ：117 ， 118：119 ，
120：121 は、各画素セルで蓄積された信号を信号選択
回路400 に送出するためのもので、各画素列の画素セル
のソースは対応する２本の垂直読み出しラインに交互に
接続されている。また、横の画素行毎に設けた制御信号
ライン301 〜305 は、画素セルＡ_ij（ｉ＝１，２，・・・
，Ｍ、ｊ＝１，２，・・・，Ｎ）の出力をコントロール
するためのもので、各画素行の画素セルのゲートは対応
する制御信号ラインに共通に接続されて垂直走査回路30
0 から制御信号Ｖ₁，Ｖ₂，・・・，Ｖ_Mが印加される。
すなわち、基本的にはＶ_i＝１のときに対応するＡ_ijの
出力がイネーブルとなり、Ａ_ij画素セルに蓄積された信
号が対応する垂直読み出しラインに送出されるようにな
っている。

【０００８】一方、垂直読み出しライン116 〜121 は信
号選択回路400 に接続され、水平走査回路200 から切換
制御信号ライン201 〜203 を介して出力される信号切換
制御信号Ｈ₁，Ｈ₂，・・・，Ｈ_Nによって、スイッチ40
1, 402, ・・・，406 を介して各垂直読み出しラインの信
号が信号線411, 412に送出される。これら信号線411，4
12 に送出された信号は、セレクト信号入力端子413 に
供給されるセレクト信号によってデータセレクタ407 〜
410 を介して、画像処理部500 に与えられる。

【０００９】次に、このように構成された二次元固体撮
像装置の回路動作について説明する。なお、ここでは、
３×３のウィンドゥ処理において、特に図12に示される
ような対称型の荷重係数をかけるものとする。

【００１０】図13は、垂直走査回路300 で形成される制
御信号Ｖ₁，Ｖ₂，・・・，Ｖ_Mの関係を表したものであ
る。制御信号Ｖ_iは、基本的には３値信号であり、Ｖ_i＝０のとき、Ａ_ijの出力はディスエーブルＶ_i＝１のとき、Ａ_ijの出力はイネーブルＶ_i＝２のとき、Ａ_ijの内容はリセットされるような値に設定されている。また、φ_Vは垂直走
査の基本クロックを、φ_STは走査開始クロックを表し、
基本クロックφ_Vに対応してサイクルＴ₀，Ｔ₀′，Ｔ
₁，Ｔ₁′，・・・をとる。

【００１１】Ｔ₁サイクルにおいて、画素セルＡ_ijにＱ
_ijの信号が蓄えられているとする。このとき、Ａ_1i，Ａ
_2i，Ａ_3iが出力イネーブルになり、垂直読み出しライン
116，117 にはそれぞれＱ₁₁＋Ｑ₃₁，Ｑ₂₁なる信号が、
垂直読み出しライン118, 119にはそれぞれＱ₁₂＋Ｑ₃₂，
Ｑ₂₂が、垂直読み出しライン120,121にはそれぞれＱ₁₃
＋Ｑ₃₃，Ｑ₂₃が読み出される。すなわち、各列に対して
連続する３行が同時に読み出され、２本の垂直読み出し
ラインのうち１本に中央の値が、別の垂直読み出しライ
ンに両端の値の和が与えられることになる。

【００１２】ここで、Ｔ₁サイクルは水平走査により実
際には図14のような水平走査信号φ_Hで細分化され、こ
のφ_Hに対応して水平走査回路200 内で信号切換制御信
号Ｈ₁，Ｈ₂，Ｈ₃，・・・が作られ、スイッチ401 〜40
6 に与えられる。今、図14のようにＴ₁₀〜Ｔ_1Nのサイク
ルをφ_Hに対応させてとると、Ｔ₁₁サイクルでは、垂直
読み出しライン116, 117の信号がそれぞれ信号線411, 4
12に与えられ、次のＴ₁₂サイクルでは垂直読み出しライ
ン118, 119の信号がそれぞれ信号線411, 412に与えられ
る。以下同様のステップがＴ_1Nのサイクルまで続く。

【００１３】一方、データセレクタ407 〜410 では、Ｔ
₁サイクル中は信号線411, 412のデータが、それぞれ信
号線414, 415に送出されるようにセレクト信号によって
制御される。以上のＴ₁サイクルのデータの流れを表１
に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】Ｔ₁サイクルが終了すると、Ｔ₁′サイク
ルとなるが、このサイクルでは画素セルＡ_1i（ｉ＝１，
２，・・・，Ｎ）にリセットがかかりＱ_1i＝０となる。

【００１６】次に、Ｔ₂サイクルになると、Ａ_2i，
Ａ_3i，Ａ_4i（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）の出力がイネーブ
ルとなり、その水平走査信号φ_HのＴ₂₁，Ｔ₂₂，・・・，
Ｔ_2Nのサイクル中に信号線411, 412, 414, 415に表２に
示すようにデータが送出される。

【００１７】

【表２】

【００１８】このＴ₂サイクルでは、信号線414 の内容
と信号線415 の内容とがＴ₁サイクルと逆になり、信号
線414 にＱ_{i+1, j}が、信号線415 にＱ_{i, j}＋Ｑ_{i+2, j}が
与えられることになる。

【００１９】次に画像処理部500 について説明する。図
15は画像処理部500 の回路構成を示すもので、基本的に
は乗算器502, 503, 504, 505、加算器506, 507, 511 、
水平走査回路200 （図11）の基本クロックφ_Hに同期し
て信号を遅延させるディレイエレメント508, 509, 510
、荷重係数α，β，γを与えるための信号線512, 513,
514 からなる。乗算器502 〜505 及び加算器506, 507
の構成は、信号線414, 415にそれぞれデータｙ，ｘ＋ｚ
が与えられたときに、加算器506, 507の出力がそれぞれ
γｘ＋βｙ＋γｚ，βｘ＋αｙ＋βｚとなるようになっ
ている。また、ディレイエレメント508, 509, 510 は加
算器506, 507の出力結果を遅延させ、図12の荷重係数を
かける演算を時系列に行わせるためのものである。例え
ば、図16で表されるコンボルーション計算を行う場合に
は、各部の出力は表３のようになり、２φ_H分遅れて演
算されるが、時系列に処理を施すことが可能となる。

【００２０】

【表３】

【００２１】以上、３×３のウィンドゥ処理について説
明したが、各列毎の垂直読み出しライン数やそれに対す
る各画素セルの出力線の接続方法及び垂直方向で同時に
読み出す連続する画素セル数を変えることにより、任意
のウィンドゥ処理を行うことができる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のウィ
ンドゥ処理を行えるようにした二次元固体撮像装置にお
いては、上記のように、高価な、あるいはオンチップ上
に形成が困難なアナログのディレイエレメントが必要で
あるという問題点がある。

【００２３】本発明は、従来の二次元固体撮像装置にお
ける上記問題点を解消するためになされたもので、ディ
レイエレメントを必要とせず、且つオンチップで構成で
きるウィンドゥ処理可能な二次元固体撮像装置を提供す
ることを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、マトリックス状に配列した非破
壊読み出し可能な画素セルからなるイメージセンサーを
有する二次元固体撮像装置において、イメージセンサー
の各画素セル列間に設けられ各列の画素セルの出力線が
所定の関係で接続された複数の垂直読み出しラインと、
垂直及び水平方向に連続する複数の画素セルを同時に読
み出す垂直走査回路並びに第１及び第２の信号選択回路
と、垂直及び水平方向に連続する複数の画素セルを同時
に読み出しながらウィンドゥ処理を行う画像処理部とを
備えるものである。

【００２５】このように、従来の信号選択回路の他に新
たに第２の信号選択回路を設けることにより、垂直及び
水平方向に連続する複数の画素セルを同時に読み出すこ
とが可能となり、これにより、ディレイラインやディレ
イエレメントを用いることなく、イメージセンサーと同
一チップ上に形成が容易な加算器及び乗算器のみを用い
て所望のウィンドゥ処理を行わせることが可能となる。

【００２６】

【実施例】次に実施例について説明する。図１は、本発
明に係る二次元固体撮像装置の一実施例を示す回路構成
図で、図11に示した従来のものと同一又は対応する部材
には同一符号を付して、その説明を省略する。図11に示
した従来例と異なる部分は、水平方向で読み出された信
号を選択する第２信号選択回路1400と、この第２信号選
択回路1400を制御する第２水平走査回路1200を追加して
構成した点である。

【００２７】図１において、縦の画素列毎に２本ずつ設
けられた垂直読み出しライン116 ：117 ， 118：119 ，
120：121 は、各画素セルで蓄積された信号を第１信号
選択回路400 及び第２信号選択回路1400に送出するもの
で、各画素列の画素セルのソースは対応する２本の垂直
読み出しラインに交互に接続されている。そして垂直読
み出しライン116 〜121 は、従来のものと同様に第１信
号選択回路400 に接続されるのに加え、第２信号選択回
路1400にも接続され、第２水平走査回路1200から切換制
御信号ライン1201〜1203を介して出力される信号切換制
御信号Ｈ₁′，Ｈ₂′，・・・，Ｈ_N′によって、スイッ
チ1401, 1402, ・・・，1406を介して各垂直読み出しライ
ンの信号が、信号線1411, 1412に送出される。これらの
信号線1411，1412に送出された信号は、第２セレクト信
号入力端子1413に供給されるセレクト信号によって、デ
ータセレクタ1407〜1410を介して、画像処理部500 に与
えられる。ここで第２セレクト信号入力端子1413には、
第１セレクト信号入力端子413 と同一の信号が印加され
る構成となっている。

【００２８】次に、このように構成された二次元固体撮
像装置の回路動作について説明する。なお本実施例にお
いては、３×３のウィンドゥ処理において、特に図２に
示されるような対称型の荷重係数をかけるものとする。
垂直走査回路300 で生成される制御信号は、図13に示し
た従来のものと同一であるので、ここではその説明を省
略する。

【００２９】次に水平走査回路の動作について説明す
る。まず第１水平走査回路200 の制御信号については、
これも図３の（Ａ）に示すように、図14に示した従来の
ものと同一であるので、その詳細な説明は省略する。次
に第２水平走査回路1200の動作について説明する。第２
水平走査回路1200内では、図３の（Ｂ）に示す信号切換
制御信号Ｈ₁′，Ｈ₂′，Ｈ₃′，・・・が作られ、スイ
ッチ1401〜1406に与えられる。そして第１水平走査回路
200 より発生されるＨ_iがオン状態の時刻では、第２水
平走査回路1200より発生されるＨ_i-1′，Ｈ_i+1′がオ
ン状態となるように構成されている。

【００３０】さて、図13に示したように、一水平読み出
し期間Ｔ_i-1の期間中は、垂直走査回路300 からの垂直
選択ラインＶ_i-1，Ｖ_i，Ｖ_i+1がイネーブル（読み出
し）状態になることがわかる。ここで図14に示すよう
に、Ｔ_{i-1, j}の時刻には、信号切換制御信号Ｈ_jのみが
オンとなり、データセレクタ端子413 に所望の信号を加
えることにより、信号線414 には画素セルＡ_ijからの信
号Ｑ_ijが、また信号線415 には画素セルＡ_{i-1, j}及びＡ
_{i+1, j}からの信号の和Ｑ_{i-1, j}＋Ｑ_{i+1, j}が読み出され
ることとなる。またＴ_{i-1, j}の時刻には、先に説明した
ように、第２水平走査回路1200より発生される
Ｈ_i-1′，Ｈ_i+1′がオン状態となる。この結果、信号
線1414には、画素セルＡ_{i, j-1}及びＡ_{i, j+1}からの信号
の和Ｑ_{i, j-1}＋Ｑ_i,j+1が、また信号線1415には、画素
セルＡ_{i-1, j-1}、Ａ_{i+1, j-1}、Ａ_{i-1, j+1}、Ａ_{i+1, j+1}
からの信号の和Ｑ_{i-1, j-1}＋Ｑ_{i+1, j-1}＋Ｑ_{i-1, j+1}＋
Ｑ_{i+1, j+1}が読み出されることとなる。

【００３１】すなわち、本実施例においては、Ｔ_{i-1, j}
の時刻には、信号線414 には、３×３画素の中心画素Ａ
_ijの画素信号Ｑ_{i, j}が、また信号線415 には、中心画素
Ａ_ijの上下の画素の画素信号の和Ｑ_{i-1, j}＋Ｑ
_{i+1, j}が、また信号線1414には、中心画素Ａ_ijの左右の
画素の画素信号の和Ｑ_{i, j-1}＋Ｑ_{i, j+1}が、また信号線
1415には、四隅の画素の画素信号の和Ｑ_{i-1, j-1}＋Ｑ
_{i+1, j-1}＋Ｑ_{i-1, j+1}＋Ｑ_{i+1, j+1}がそれぞれ読み出さ
れることとなる。以下、同様なステップで順次画素信号
が読み出されることになる。

【００３２】次に、図１の画像処理部500 について説明
する。図４は画像処理部500 の回路構成を示す図で、基
本的には、乗算器502, 503, 504, 505、加算器511 、荷
重係数α，β，γ，δを与えるための信号線512, 513,
514, 515、入力信号線414, 415, 1414, 1415、及び出力
端子501 で構成されている。図４に示した画像処理部
は、イメージャーと同一チップ内に形成されていること
が好ましいが、イメージャーチップ外に形成されること
も勿論可能である。図４に示す回路構成の画像処理部を
用いたことにより、出力端子501 からは、図２に示した
荷重を乗じた信号の和、すなわち図５に表された信号群
の和が出力されることとなる。

【００３３】荷重係数については、図９に示したノイズ
除去のためのもの、図10に示した画像強調のためのもの
の他にも各種のものが考えられる。図６に示した荷重係
数にすると、一般の構成のＣＭＤイメージセンサと同等
の画像が得られる。

【００３４】以上の３つの荷重係数例については、係数
が固定であるために、ＲＯＭ等のメモリに情報を書き込
んでおけば、あとはモードをセレクトすることで操作が
行なえる。図７は、α，β，γ，δの各値を与えるため
のメモリー構成の係数発生部６を示す図であり、モード
セレクター入力端子１は、ノイズ除去又は画像強調ある
いは通常画像モードの選択を与えるための端子である。
このモードセレクター入力端子１からの信号により、
２，３，４，５の各端子から各モードに対するα，β，
γ，δの信号量が出力される。図７に示した係数発生部
は、イメージャーチップと別チップとしてもよいが、特
にイメージャーチップと１チップ化することにより、イ
メージャーのインテリジェント化が計れる。

【００３５】更に図８に示すように、荷重係数が変数ｘ
の関数α（ｘ），β（ｘ），γ（ｘ），δ（ｘ）である
場合も考えられる。ここで変数ｘは、例えば露光量等が
挙げられる。この場合、図７に示した係数発生部６は演
算処理回路となり、モードセレクター入力端子１の他
に、変数ｘの入力端子７が付加されることになる。入力
端子は変数ｘの種類により多数本にもなりうる。変数ｘ
が露光量，照度などの場合、露光量が十分で一画素で十
分なＳ／Ｎがかせげる場合は、α（ｘ）＝１，β（ｘ）
＝γ（ｘ）＝δ（ｘ）＝０とし、対称的に非常に暗い露
光量時は、α（ｘ）＝β（ｘ）＝γ（ｘ）＝δ（ｘ）＝
１とし、また、その中間の露光量では露光量が低下する
にしたがい、関数値が０から１へと単調に増加するよう
な関数β（ｘ），γ（ｘ），δ（ｘ）を選べばよい。

【００３６】以上のような演算処理回路を採用すること
により、従来のイメージセンサーでは照度が低く、十分
な画像信号が得られないような環境下でも、解像度は若
干低下するが、Ｓ／Ｎの良い画像が得られるという効果
が生じる。勿論、図７に示した係数発生部６を演算処理
回路とした場合においても、メモリー構成の場合と同様
に、イメージセンサーチップと同一のオンチップに形成
することにより、更にイメージセンサーの多機能化が達
成されることとなる。

【００３７】また変数ｘが露光量以外の量であれば、そ
れに応じてα（ｘ），β（ｘ），γ（ｘ），δ（ｘ）を
設定すればよい。そして図７に示すモードセレクター入
力端子１から、露光量モード指定のような所望のモード
の選択信号を入力すればよい。変数ｘは、センサーチッ
プ自身、あるいは外部より入力する２方法が考えられる
が、露光量の場合は、特開昭６２−１６６８４号公報開
示の技術等を利用すれば、センサーチップ自身から得る
ことが可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、ディレイラインやディレイエレメント
を用いることなく、イメージセンサーチップ上に同時に
形成が容易な加算器及び乗算器のみを用いて、簡単且つ
安価な構成で所望のウィンドゥ処理を行える二次元固体
撮像装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る二次元固体撮像装置の一実施例を
示す回路構成図である。

【図２】図１に示した実施例のウィンドゥ処理において
用いる荷重係数例を示す図である。

【図３】図１に示した実施例における水平走査回路で発
生する信号切換制御信号波形を示す図である。

【図４】図１の画像処理部の回路構成を示す図である。

【図５】画像処理部で処理された出力信号群を示す図で
ある。

【図６】荷重係数の他の構成例を示す図である。

【図７】荷重係数発生部を示す図である。

【図８】変数の関数からなる荷重係数を示す図である。

【図９】ノイズ除去の場合の荷重係数の値を示す図であ
る。

【図10】画像強調の場合の荷重係数の値を示す図であ
る。

【図11】従来のウィンドゥ処理を行う二次元固体撮像装
置の構成例を示す回路構成図である。

【図12】対称型の荷重係数を示す図である。

【図13】図11の垂直走査回路で生成される制御信号を示
す図である。

【図14】図11の水平走査回路で生成される信号切換制御
信号を示す図である。

【図15】図11の画像処理部の回路構成を示す図である。

【図16】コンボルーション演算例を示す図である。

【符号の説明】

100 画素セル部 200 第１水平走査回路 300 垂直走査回路 400 第１信号選択回路 500 画像処理部 1200 第２水平走査回路 1400 第２信号選択回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリックス状に配列した非破壊読み出
し可能な画素セルからなるイメージセンサーを有する二
次元固体撮像装置において、イメージセンサーの各画素
セル列間に設けられ各列の画素セルの出力線が所定の関
係で接続された複数の垂直読み出しラインと、垂直及び
水平方向に連続する複数の画素セルを同時に読み出す垂
直走査回路並びに第１及び第２の信号選択回路と、垂直
及び水平方向に連続する複数の画素セルを同時に読み出
しながらウィンドゥ処理を行う画像処理部とを備えたこ
とを特徴とする二次元固体撮像装置。
【請求項２】前記ウィンドゥ処理を行う画像処理部に
荷重係数を与えるメモリあるいは演算処理回路からなる
係数発生部をイメージセンサーと同一チップ上に形成し
たことを特徴とする請求項１記載の二次元固体撮像装
置。
【請求項３】前記ウィンドゥ処理を行う画像処理部に
与える荷重係数を、露光量等の変数値に対応して変化す
る値で構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の
二次元固体撮像装置。